Chemikalien aus Sonnenlicht: Autarke Produktion von Ethen und Ammoniak

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Der europäische EIC Pathfinder ist ein renommiertes Forschungsprogramm um „ bahnbrechende Deep-Tech-Projekte mit hohem wissenschaftlichem und technologischem Anspruch, hohem Risiko und Potenzial zur Schaffung eines neuen Marktes“ weiterzuentwickeln. In der „Solar-to-X“ Challenge 2024 wurden radikal neue, innovative Ansätze gesucht, um autarke Technologien zu entwickeln, die aus einfachen vorhanden Molekülen essenzielle Chemikalien herstellen können.  Das von AEE INTEC geleitete Forschungsprojekt SOLEAS gehört zu den fünf ausgewählten Projekten, die über die nächsten vier Jahre gefördert werden.

In SOLEAS werden neue Wege erforscht, um die derzeitigen Limitierungen solarer Photoreaktoren zu überwinden. Photoreaktoren sind Geräte, die Sonnenlicht nutzen, um chemische Reaktionen anzutreiben, etwa die Herstellung von Chemikalien aus Wasser, Kohlendioxid und Stickstoff. Bisherige Photoreaktoren haben dabei einige Einschränkungen:

  • Material und Reaktordesign sind oft nicht optimal aufeinander abgestimmt,
  • sie lassen sich nur schwer auf größere Maßstäbe erweitern,
  • ihre Effizienz ist relativ niedrig, sodass für eine wirtschaftliche Produktion sehr große Flächen nötig wären.

SOLEAS entwickelt ein eigenständiges Solar-to-X-Device, das Sonnenlicht und einfache, energiearme Moleküle (H₂O, CO₂ und N₂) in einem Mehrproduktansatz in Chemikalien umwandelt, die entweder als Energiequelle oder als Bausteine für Materialien verwendet werden. Konkret entstehen dabei Ethen (C₂H₄) und Ammoniak (NH₃), die interessante kreuzende Wertschöpfungsketten aufweisen.

Das Forschungsprojekt verfolgt mehrere technische Ansätze:

  1. Neue Konzentratoroptik und Quantenforschung: Sonnenlicht wird mit speziellen Linsen oder Spiegeln gebündelt, damit es optimal auf die Reaktormaterialien trifft. Die Quantenforschung sorgt dafür, dass die Materialien genau die Lichtwellen absorbieren, die die chemischen Reaktionen am effizientesten antreiben. So wird die Sonnenenergie maximal in die Chemikalienproduktion umgesetzt.
  2. Optimiertes Reaktordesign: Mehrere Reaktionen laufen parallel, und Anode sowie Kathode sind so entwickelt, dass sie ohne externe Stromzufuhr funktionieren.
  3. Zero-Gap-Design: Das Design sorgt dafür, dass die Flüssigkeiten im Reaktor effizient fließen und die Produkte direkt abgeführt werden.

Mit dem Kick-Off Meeting am 18. November in Graz, startete das Forschungsprojekt offiziell. Ziel ist es, in vier Jahren einen funktionsfähigen SOLEAS-Prototypen zu demonstrieren, der den Technology Readiness Level (TRL) 5–6 erreicht – das bedeutet, dass der Reaktor unter realistischen Bedingungen getestet wird, die Machbarkeit nachgewiesen ist, er aber noch nicht industriell einsatzbereit ist.

Gemeinsam mit unseren Partner*innen IC2R (Italien), DLR (Deutschland), NanoSci (Polen) und dem Green Tech Valley (Österreich) arbeiten wir daran, die Vision eines autark betriebenen Photoreaktors umzusetzen. Langfristig soll er Gemeinden und abgelegene Regionen mit nachhaltiger Energie sowie lokal hergestellten Chemikalien und Kraftstoffen versorgen.

Auftrag/Fördergeber

EIC Pathfinder

Programm

EIC Pathfinder

Projektkoordinator

AEE INTEC

Projektpartner

 

Kontakt

Bettina Muster-Slawitsch